第8讲数据选择器

数据选择器的电路原理与功能数据选择器是一种常见的数字电路，用于选择多个输入信号中的一个或几个输出信号。

在现代电子设备中广泛使用的数据选择器通常实现在集成电路中，能够高效地选择信号，并将其传递给后续电路进行处理。

本文将详细介绍数据选择器的电路原理和功能。

一、数据选择器的电路原理数据选择器的基本电路原理是利用控制信号来控制多个开关的状态。

这些开关将输入信号连接到输出信号线上。

具体来说，当控制信号S0和S1的状态为00时，开关连接到A输入信号，输出为A；当控制信号状态为01时，开关连接到B输入信号，输出为B；当控制信号状态为10时，开关连接到C输入信号，输出为C；当控制信号状态为11时，开关连接到D输入信号，输出为D。

在基本电路中，选择开关采用逻辑门的形式实现。

具体来说，当控制信号S0和S1的状态发生改变时，选择开关将信号切换到不同的输入信号线上，从而改变输出信号。

二、数据选择器的功能1.多路选择：数据选择器可以选择多个输入信号中的一个或几个输出信号。

通过控制信号的不同状态，可以选择不同的输入信号作为输出信号。

这种多路选择的功能在数字电子设备中经常遇到，例如在计算机的数据通路中，根据控制信号选择不同的寄存器、缓冲器或处理器。

2.数据交换：数据选择器可以用于数据交换的应用。

例如，在计算机系统中，数据选择器可用于选择来自不同源的数据的输出，以便将数据传递给正确的目的地。

数据选择器还可以用于实现多路复用器和分配器等电路，使得多个信号可以通过一个信道进行传输。

3.逻辑运算：数据选择器可以通过逻辑运算来实现更复杂的功能。

例如，可以使用与门和非门实现与非逻辑功能，进一步扩展数据选择器的功能。

通过适当选择和操作输入信号，可以实现逻辑运算和条件控制，以满足不同的应用需求。

4.减少电路复杂度：数据选择器可以减少电路的复杂度和成本。

通过使用数据选择器，可以将多个输入信号连接到一个输出信号上，而不需要为每个输入信号都提供一个独立的电路。

数据选择器五、数据选择器(Data Selector)数据选择器又称为多路选择器（Multiplexer)是一种多个输入一个输出的中规模器件，其输出的信号在某一时刻仅与输入端信号的一路信号相同，即输出为输入端信号中选择一个输出。

我们在日常生活中常常会碰到这种多路选择器的情况，如家庭音响系统中在选择音源时，可以在CD、录音磁带、收音机中选择一路进行欣赏，这是将多个信号源中选择一路进行输出，但这例子中的信号是模拟信号，而这里主要讲的是数据信号。

1、数据选择器的电路结构数据选择器在上面已经讲到是在多个输入中选择一路进行输出，至于选择哪一路，须首先对输入信号进行编号，另外还须一个选择哪一路输入的选择信号，于是我们可得到如下图的4输入的多路选择器的框图，下表列出了其工作的情况。

/S A1 A0 Y0 0 0 D00 0 1 D10 1 1 D20 1 1 D31 ××0对上面真值表的分析不难写出输出与输入的关系为：由上式可画出下图所示的多路选择器的内部电路，其左图为基本的电路形式，右图加上了一个使能端，当其为高电平时，输出始终为高电平，仅当其为低电平，其输出才满足上式的功能。

2、标准中规模数据选择器常见标准中规模数据选择器有74153(双4选1多路选择器）、74151A(8选1多路选择器）、74150(16选1多路选择器）,这里以74151A为例说明其结构及逻辑功能。

下图为74151A的逻辑符号。

地址输入输出A2A1A0/ST Y /Y××× 1 0 10 0 0 0 D0/D00 0 1 0 D1/D10 1 0 0 D2/D20 1 1 0 D3/D31 0 0 0 D4/D41 0 1 0 D5/D51 1 0 0 D6/D61 1 1 0 D7/D73、数据选择器组合逻辑电路从数据选择器的输出与输入的表达式中可以看出，其实际上是数据输入与地址输入的最小项相与的关系，所以数据选择器可以实现各种组合逻辑功能。

4.4.3数据选择器(MUX)■数据选择器原理■集成数据选择器■数据选择器扩展■数据选择器应用(MUX-Multiplexer)11.数据选择器原理数据选择器功能: 将多路输入数据中由n位通道选择信号确定的其中一路数据传送到输出端。

又称为“多路选择器”或“多路(数字)开关”。

数D 0据D1输入DN-1同相或Y 反相输出数据选择器功能示意图2 n位通道选择信号（N=2n）…F S 1 4-1MUX S 0D 0 D 1D 2 D 3数据选择器原理例: 一种4-1MUX 的功能表逻辑符号：输出表达式:F = S 1S 0 D 0S 1S 0 D 1 S 1S 0 D 2S 1S 0 D 3= m 0 D 0 + m 1D 1 3+ m 2 D 2 + m 3D 3= ∑m i D ii =0(其中m i 是由通道选择信号S 1,S 0构成的最小项)S 1 S 0 F 0 0 0 1 1 0 1 1D 0 D 1 D 2 D 332n -1 MUX 的输出信号一般表达式：MUX 的输出信号一般表达式F = m 0 D 02 n -1m 1D 1+ ⋅ ⋅ ⋅ + m 2 n -1D 2 n -1 = ∑ i = 0m i D i（其中m i 是n 位通道选择信号构成的最小项）42. 集成数据选择器例：8-1 MUX 74151输出表达式为：功 能 表通道选择 使能 输 出 S 2 S 1 S 0E Y Y XXX1 0 1 0 0 0 0 D 0 D 0 Y = E (∑ m i D i )0 0 1 0 D 1 D 1 0 1 0 0 D 2 D 2 i =00 1 1 0 D 3 D 3 （m i 是S 2,S 1,S 0构成 1 0 0 0 D 4 D 4 的最小项）1 0 1 0 D 5 D 5 1 1 0 0 D 6 D 6 111D 7D 75774L S15174L S 2 S 1 S 074151逻辑符号与引脚排列6YY D 0 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 D 7 EV ccD 4 D 5 D 6 D 7 S 0 S 1 S 29 8 16 1 D 3 D 2 D 1 D 0 Y Y G GND 74HC15174HC151具有三态输出的集成数据选择器例：8-1 MUX 74251功能表通道选择使能输出S2S1S0 E Y Y(Z:高阻态) X X X 1 Z Z0 0 0 0 D0D00 0 1 0 D1D10 1 0 0 D2D20 1 1 0 D3D31 0 0 0 D4D41 0 1 0 D5D51 1 0 0 D6D61 1 1 0 D7D77G GA2A1AA2A1AA3A2A1A 0D≥1&YE13.数据选择器扩展- 通道扩展例：用2片74151扩展成16-1MUXY YD15D14D13D12D11D10D9D8S3S2S1SD7 D6D5D4D3D2 D1 08Y74151(1)D7D6D5 D4 D3 D2 D1 D0S2 S1 S0EYY74151(2)D7D6D5D4D3D2D1DS2 S1 S08-1 MUXD 0 D 1数据选择器扩展- 位扩展例：两位数的8-1 数据选择电路 I 00 I 01Y 0I 07I 10 I 11I 17 Y 13S 2~ S 0 E9D 0 D 18-1 MUXD 7 S 2~S 0ED 7 S 2~S 0ES 2 S 1 S 0Y 1 Y 0 0 0 0 I 10 I 00 0 0 1 I 11 I 01 0 1 0 I 12 I 02 0 1 1 I 13 I 03 1 0 0 I 14 I 04 1 0 1 I 15 I 05 1 1 0 I 16 I 06 1 1 1I 17 I 07Y 2 Y 3 Y 4 Y 5 Y 6Y 7Y 0 DEMUX Y 1I 0 I 1 I 2 I 3 I 4 I 54. 数据选择器应用-多通道数据传输例：公共数据线S 2 S 1 S 0A 2 A 1 A 0利用数据选择器与数据分配器实现多路数据的分时传输1-8 Y DI 6I 7 S 2S 1S 0A 2A 1A 0 8-1 MUX数据选择器应用-实现逻辑函数任何逻辑函数都可表示成最小项之和形式：F = ∑ im i （此 m i 是由F 的输入变量构成的最小项）MUX的输出表达式： Y =2n -1i =0m i D i(此m i 是由通道选择信号构成的最小项)◆若可附加门电路，则具有n 个通道选择端的MUX 可实现n+1 个变量甚或多于n+1个变量的逻辑函数。

数据选择器数据选择器是指根据地址选择码从多个输入端输入的数据中选择一个数据，送到由地址选择码确定的唯一的输出端进行输出的逻辑电路。

它的作用相当于多输入的单刀多掷开关，其示意图：0Y12I n 位二进制通道选择信号I I注意：（1）N 个数据输入端，N2log 个地址端，1个数据输出端。

（2）列真值表时数据输入端用信号本身表示； （3）逻辑表达式的写法。

实质：编码器+数据输入。

（对数据输入端编码）数据选择器与数据分配器相类似，也有n个地址输入端，但地址代码用来确定的是n2个数据输入端。

输入端与地址端之间满足的条件也是N=2n，其中N表示数据输入端的个数，n表示地址输入端的个数。

数据选择器的输出端只有一个。

数据选择器的名称是由输入通道的个数来确定的，例如有8个输入通道的数据分配器被称为8选一数据选择器。

例1 利用逻辑门器件设计一个4选1数据选择器。

（1）4选1数据选择器就是在4个输入信号中选择一个进行输出。

根据N=2n可知电路中要有4个信号输入端用I3、I2、I1、I0表示，2个地址选通端用A1、A0。

一个选通数据输出端用Y表示。

则4选1数据选择器的逻辑功能真值表。

4选1数据选择器的逻辑功能真值表（2）由真值表列出逻辑表达式：301201101001I A A I A A I A A I A A Y +++=逻辑函数表达式已经是最简形式所以不用对其进行化简。

（3）由逻辑表达式画出逻辑图。

I A I 1A I IY用集成数据选择器实现逻辑函数的步骤： 1、将逻辑式Y 化为最小项表达式；2、将最小项表达式的各最小项与集成数据选择器输出相对应，确定数据选择器D0—D7哪些接0，哪些接1；3、按最小项表达式Y连接数据选择器输出端。

D D D D D D D DY12YY的逻辑表达式：∑==+++++++=+++++++=7i7766554433221171261251241231221211212iipmDmDmDmDmDmDmDmDmDAAADAAADAAADAAADAAADAAADAAADAAAY例15 用74151实现逻辑函数C BABL+=解：（1）题目分析：首先写出逻辑函数L的最小项表达式：1567)()(mmmmCBACBACABABCCBAACCABCBABL+++=+++=+++=+=已知的74151的Y的输出表达式是：7766554433221100D m D m D m D m D m D m D m D m Y +++++++=为了实现表达式L 的输出将两个逻辑函数表达式进行对比，现令L =Y 则得到以下结果：⎩⎨⎧========0143207651D D D D D D D D（2）设计实现：由以上的结果，令A =A 2、B =A 1、C =A 0，可以画出电路图如图4-6-4所示。